JP6309242B2 - Pulverized coal combustion boiler power generation system with chemical loop combustion system - Google Patents
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Description
本発明は，地球温暖化問題となる二酸化炭素(CO2)の排出削減に係り、特に化石燃料ボイラ発電などで使用する化石燃料を燃焼することによって発生するCO2の分離回収技術に関するものである。 The present invention relates to the reduction of carbon dioxide (CO 2 ) emission, which is a global warming problem, and particularly to a technology for separating and recovering CO 2 generated by burning fossil fuel used in fossil fuel boiler power generation and the like. .
近年、発電燃料としてコスト的に石炭火力が見直されつつあるが、地球温暖化の原因の一つとして、微粉炭燃焼ボイラ発電設備からのCO2排出が問題視されている。CO2排出削減策として2002年に電気事業者に新エネルギー等から発電される電気を一定割合以上利用することを義務づける法規制（ＲＰＳ法）が制定され、動植物に由来する有機物であるバイオマスを燃料として使用するバイオマス発電システムの普及が進んでいる。 In recent years, coal-fired thermal power has been reviewed as a power generation fuel, but as one of the causes of global warming, CO 2 emissions from pulverized coal combustion boiler power generation facilities are regarded as a problem. As a CO 2 emission reduction measure, a law (RPS law) was enacted in 2002 that required electric power companies to use more than a certain percentage of electricity generated from new energy, etc., and fueled biomass that is organic matter derived from animals and plants. The biomass power generation system used as
既存の微粉炭燃焼ボイラ発電システムからのCO2排出量削減のため、石炭とバイオマスとを混合して燃焼させるバイオマス・石炭混焼方式が実用化されている。しかし、バイオマス・石炭混焼方式ではバイオマス中のアルカリ金属によるボイラ伝熱管の腐食の可能性が危惧されている。このため、バイオマスの混焼割合を数％と低くした条件でバイオマス・石炭混焼発電が実施されている。 In order to reduce CO 2 emissions from existing pulverized coal-fired boiler power generation systems, a biomass-coal co-combustion method in which coal and biomass are mixed and burned has been put into practical use. However, there is concern about the possibility of corrosion of boiler heat transfer tubes due to alkali metals in biomass in the biomass-coal mixed combustion method. For this reason, biomass-coal co-firing power generation has been carried out under conditions where the biomass co-firing ratio is as low as several percent.
一方、燃焼排ガスからのCO2を分離・回収して貯留する技術(CCS : Carbon dioxide Capture and Storage)が、CO2の排出削減に有効な手段として注目されている。化石燃料を使用するボイラ設備に適用可能なCCS技術には、化学吸収法、酸素燃焼法、ケミカルルーピング燃焼(CLC：Chemical Looping Combustion)法などがある。しかし、化学吸収法はCO2を吸着した液を再生するために多くの熱エネルギーが必要であり、また前記酸素燃焼技術では酸素製造装置を駆動するには多大な動力が必要なため、これら従来のCCS技術では消費エネルギーの低減が望まれている。これに対してCLCは、化学吸収法の液再生エネルギーや、酸素燃焼法における酸素製造装置の動力が不要であるため、CCS技術の消費エネルギーを大幅に低減し、発電効率の低下を抑制できるという特長を有している。 On the other hand, carbon dioxide capture and storage (CCS) technology that separates and collects CO 2 from combustion exhaust gas has attracted attention as an effective means for reducing CO 2 emissions. CCS technologies applicable to boiler facilities that use fossil fuels include chemical absorption, oxyfuel combustion, and chemical looping combustion (CLC). However, the chemical absorption method requires a large amount of heat energy to regenerate the liquid adsorbed with CO 2 , and the oxyfuel combustion technology requires a large amount of power to drive the oxygen production apparatus. In CCS technology, reduction of energy consumption is desired. CLC, on the other hand, does not require liquid regeneration energy for the chemical absorption method or power for the oxygen production device for the oxygen combustion method, so it can significantly reduce the energy consumed by CCS technology and suppress the decrease in power generation efficiency. Has features.
CLCとは、空気を燃料に直接接触させずに、酸素キャリアである金属酸化物(MeO)で燃料を酸化反応させ、その酸化反応によって還元された金属（Me）は空気で酸化して金属酸化物（MeO）として、再利用する技術である。これによって反応生成物は、CO2と水分となり、CO2の回収が容易となる技術である。 CLC means that the fuel is oxidized with metal oxide (MeO), which is an oxygen carrier, without bringing the air into direct contact with the fuel, and the metal (Me) reduced by the oxidation reaction is oxidized in the air to oxidize the metal. It is a technology to reuse as an object (MeO). As a result, the reaction product becomes CO 2 and moisture, and CO 2 is easily recovered.
図２はCLCの原理を説明するための図である。CLCは同図に示すように空気反応器１と燃料反応器２で構成され、その間を金属粒子(MeO)４と金属粒子(Me)５が循環流動するシステムになっている。 FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of CLC. The CLC is composed of an air reactor 1 and a fuel reactor 2 as shown in the figure, and is a system in which metal particles (MeO) 4 and metal particles (Me) 5 circulate between them.
空気反応器１では、金属粒子（Me）５が空気６中の酸素と反応し金属酸化物(MeO)となる。 In the air reactor 1, the metal particles (Me) 5 react with oxygen in the air 6 to become metal oxide (MeO).
MexOy-1+0.5O2→MexOy (１)
酸化した金属粒子（MeO）４はサイクロン(図示せず)で排ガス(N2、O2など)８と分離され、燃料反応器２へ送られる。燃料反応器２では高温の金属粒子(MeO)４と固体燃料(例えば石炭)７が接触して、金属粒子(MeO)４の酸素と固体燃料７が反応する。このとき、固体燃料７を酸化した金属粒子（MeO）４は還元されて金属粒子（Me）５となり、再び空気反応器１へ戻る循環ループを形成する。
Me x O y-1 + 0.5O 2 → Me x O y (1)
Oxidized metal particles (MeO) 4 are separated from exhaust gas (N 2 , O 2, etc.) 8 by a cyclone (not shown) and sent to the fuel reactor 2. In the fuel reactor 2, high-temperature metal particles (MeO) 4 and solid fuel (for example, coal) 7 come into contact with each other, and oxygen of the metal particles (MeO) 4 reacts with the solid fuel 7. At this time, the metal particles (MeO) 4 obtained by oxidizing the solid fuel 7 are reduced to become metal particles (Me) 5 and form a circulation loop that returns to the air reactor 1 again.
(2n+m)MexOy+CnH2m→(2n+m)MexOy-1+mH2O+nCO2 (２)
空気反応器１からは、窒素や残存酸素を含んだ排気ガス８が放出される。燃料反応器２からは、CO2 ガス９やH2O(水蒸気)１０などが排出される。これらのガスは高温のため、排熱回収ボイラ(図示せず)で熱回収して、その熱回収で生成した蒸気を発電に利用する。（非特許文献１参照）。
(2n + m) Me x O y + C n H 2m → (2n + m) Me x O y-1 + mH 2 O + nCO 2 (2)
From the air reactor 1, exhaust gas 8 containing nitrogen and residual oxygen is released. From the fuel reactor 2, CO 2 gas 9, H 2 O (water vapor) 10 and the like are discharged. Since these gases are high in temperature, heat is recovered by an exhaust heat recovery boiler (not shown), and steam generated by the heat recovery is used for power generation. (Refer nonpatent literature 1).
図７は従来のCLC装置の具体例を示す概略系統図である。同図に示すようにCLC装置は、空気反応器１、サイクロン１１、熱回収器６４、除塵器６５、排気設備６６、燃料反応器２、サイクロン１２、熱交換器１３、除塵器１６、脱液／脱水器１７、CO2液化装置１８などを備えている。空気反応器１-サイクロン１１-燃料反応器２-空気反応器１の間は、金属粒子４、５が循環できるように配管でループ状に接続されている。 FIG. 7 is a schematic system diagram showing a specific example of a conventional CLC apparatus. As shown in the figure, the CLC apparatus includes an air reactor 1, a cyclone 11, a heat recovery device 64, a dust remover 65, an exhaust facility 66, a fuel reactor 2, a cyclone 12, a heat exchanger 13, a dust remover 16, and a liquid removal. / Dehydrator 17, CO 2 liquefier 18 and the like. Between the air reactor 1, the cyclone 11, the fuel reactor 2, and the air reactor 1, a pipe is connected in a loop so that the metal particles 4 and 5 can circulate.
なお、CLC装置に関する従来技術としては、例えば特許文献１〜５や非特許文献１などがある。 In addition, as a prior art regarding a CLC apparatus, there exist patent documents 1-5, nonpatent literature 1, etc., for example.
最近、事業用発電設備では、CO2削減の緊急対策として、バイオマス・微粉炭混焼が推奨されている。しかしながら、バイオマスは繊維状であるため、微粉炭用ミルの圧砕式では粒子径を細かくできず、バーナでの燃焼性が低下する。そのため、バイオマス・微粉炭混焼にはバイオマス専用のミルとバーナの追設が必要となりコスト負担が大きい。 Recently, biomass and pulverized coal co-firing has been recommended for commercial power generation facilities as an emergency measure to reduce CO 2 emissions. However, since the biomass is fibrous, the pulverized coal mill crushing method cannot make the particle diameter fine, and the combustibility in the burner decreases. For this reason, biomass and pulverized coal co-firing requires additional installation of a dedicated mill and burner for the biomass, resulting in a high cost burden.
また、バイオマスの燃焼灰は低融点であり、混焼率の増大により灰付着（スラッギング、ファウリング）及び腐食等の発生が問題となる。 特に、バイオマス燃料中のカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ金属は、灰中成分と反応し、低融点化合物を生成させ腐食を加速する。さらに、この低融点化合物はバインダー作用により灰付着を誘発し、伝熱阻害等に発展するといった課題があった。従って既存の微粉炭燃焼ボイラ発電システムにバイオマス・微粉炭混焼を適用することは技術的にも経済的にも困難であった。このため、バイオマスの混焼割合を数％と低くした運用をせざるを得なかった。 In addition, the combustion ash of biomass has a low melting point, and the occurrence of ash adhesion (slagging, fouling), corrosion, etc. becomes a problem due to an increase in the mixed firing rate. In particular, alkali metals such as potassium (K) and sodium (Na) in the biomass fuel react with the components in the ash to generate a low melting point compound and accelerate corrosion. Furthermore, this low-melting-point compound has a problem that it induces ash adhesion by the binder action and develops to heat transfer inhibition. Therefore, it has been technically and economically difficult to apply biomass and pulverized coal co-firing to existing pulverized coal combustion boiler power generation systems. For this reason, the operation of reducing the biomass co-firing ratio to a few percent has been unavoidable.
そこで、上記課題を解決する方法として本発明では、既存微粉炭燃焼ボイラ発電システムにバイオマス専焼用のケミカルルーピング燃焼装置を併設し、同時運転することで、バイオマス・石炭混焼とエネルギー損失を抑制したCO2回収を実現するものである。 Therefore, in the present invention, as a method for solving the above-described problem, the existing pulverized coal combustion boiler power generation system is equipped with a chemical looping combustion device for exclusive combustion of biomass and is operated simultaneously, thereby reducing CO and biomass combustion and energy loss. 2 Realize recovery.
他のCCS技術である化学吸収法では、吸収液再生エネルギーにボイラ蒸気を抽気するため、エネルギー損失が大きく、また一般的な化学吸収液であるアミン系液は人体や環境への負荷が大きいといった課題がある。酸素燃焼法では、CO2全量回収用であり、CO2回収率を10％〜50％等といったフレキシブルな運用に対応することができないといった課題がある。従って、バイオマス専焼用にはエネルギー損失が他のCCS技術より少ないCLCが好適である。 The chemical absorption method, which is another CCS technology, extracts boiler steam as absorption liquid regeneration energy, so energy loss is large, and amine-based liquids that are general chemical absorption liquids have a heavy burden on the human body and the environment. There are challenges. The oxyfuel combustion method is for CO 2 total recovery, and has a problem that it cannot cope with flexible operation such as a CO 2 recovery rate of 10% to 50%. Therefore, CLC with less energy loss than other CCS technologies is suitable for biomass burning.
本発明は、固体燃料を燃焼させる際に、ボイラの腐食や伝熱阻害などの課題を解消し、CO2回収が可能なケミカルループ燃焼装置を備えた微粉炭燃焼ボイラ発電システムを提供することを目的とする。 The present invention provides a pulverized coal combustion boiler power generation system equipped with a chemical loop combustion apparatus capable of eliminating CO 2 recovery and solving problems such as boiler corrosion and heat transfer inhibition when solid fuel is burned. Objective.
前記目的を達成するため、本発明の第１の手段は、
燃料反応器と空気反応器の間にサイクロンが配置されて、金属粒子が循環流動するように前記燃料反応器とサイクロンと空気反応器がループ状に接続したケミカルルーピング燃焼装置を、空気燃焼型の微粉炭燃焼ボイラ発電システムに併設し、
前記燃料反応器は固体燃料と前記空気反応器で酸化された金属粒子を反応させて金属粒子を還元し、ＣＯ ２ とＨ ２ Ｏを生成させ、
前記空気反応器は空気中の酸素と前記燃料反応器で還元された金属粒子を反応させて金属粒子を酸化し、窒素や残存酸素を放出し、
前記燃料反応器に前記固体燃料としてバイオマスを供給し、
前記空気反応器に前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムからの予熱空気を供給し、
前記サイクロンからの排ガスを前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの火炉へ導入し、
前記ケミカルルーピング燃焼装置で製造した蒸気を前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの蒸気タービンへ供給する構成になっていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the first means of the present invention comprises:
A chemical looping combustion apparatus in which a cyclone is disposed between a fuel reactor and an air reactor, and the fuel reactor, the cyclone and the air reactor are connected in a loop so that metal particles circulate and flow, is an air combustion type. In addition to the pulverized coal combustion boiler power generation system,
The fuel reactor reacts the solid fuel with the metal particles oxidized in the air reactor to reduce the metal particles, thereby generating CO 2 and H 2 O.
The air reactor reacts oxygen in the air with metal particles reduced by the fuel reactor to oxidize the metal particles, releasing nitrogen and residual oxygen,
Supplying biomass as the solid fuel to the fuel reactor;
Supplying preheated air from the pulverized coal combustion boiler power generation system to the air reactor;
Introducing the exhaust gas from the cyclone into the furnace of the pulverized coal combustion boiler power generation system,
The steam produced by the chemical looping combustion apparatus is configured to be supplied to the steam turbine of the pulverized coal combustion boiler power generation system.
前記目的を達成するため、本発明の第２の手段は、
燃料反応器と空気反応器の間にサイクロンが配置されて、金属粒子が循環流動するように前記燃料反応器とサイクロンと空気反応器がループ状に接続したケミカルルーピング燃焼装置を、空気燃焼型の微粉炭燃焼ボイラ発電システムに併設し、
前記燃料反応器は固体燃料と前記空気反応器で酸化された金属粒子を反応させて金属粒子を還元し、ＣＯ ２ とＨ ２ Ｏを生成させ、
前記空気反応器は空気中の酸素と前記燃料反応器で還元された金属粒子を反応させて金属粒子を酸化し、窒素や残存酸素を放出し、
前記燃料反応器に前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの微粉炭ラインから前記固体燃料として微粉炭を供給し、
前記空気反応器に前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムからの予熱空気を供給し、
前記サイクロンからの排ガスを前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの火炉へ導入し、
前記ケミカルルーピング燃焼装置で製造した蒸気を前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの蒸気タービンへ供給する構成になっていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the second means of the present invention comprises:
A chemical looping combustion apparatus in which a cyclone is disposed between a fuel reactor and an air reactor, and the fuel reactor, the cyclone and the air reactor are connected in a loop so that metal particles circulate and flow, is an air combustion type. In addition to the pulverized coal combustion boiler power generation system,
The fuel reactor reacts the solid fuel with the metal particles oxidized in the air reactor to reduce the metal particles, thereby generating CO 2 and H 2 O.
The air reactor reacts oxygen in the air with metal particles reduced by the fuel reactor to oxidize the metal particles, releasing nitrogen and residual oxygen,
Supplying pulverized coal as the solid fuel from the pulverized coal line of the pulverized coal combustion boiler power generation system to the fuel reactor;
Supplying preheated air from the pulverized coal combustion boiler power generation system to the air reactor;
Introducing the exhaust gas from the cyclone into the furnace of the pulverized coal combustion boiler power generation system,
The steam produced by the chemical looping combustion apparatus is configured to be supplied to the steam turbine of the pulverized coal combustion boiler power generation system.
前記目的を達成するため、本発明の第３の手段は、
燃料反応器と空気反応器の間にサイクロンが配置されて、金属粒子が循環流動するように前記燃料反応器とサイクロンと空気反応器がループ状に接続したケミカルルーピング燃焼装置を、空気燃焼型の微粉炭燃焼ボイラ発電システムに併設し、
前記燃料反応器は固体燃料と前記空気反応器で酸化された金属粒子を反応させて金属粒子を還元し、ＣＯ ２ とＨ ２ Ｏを生成させ、
前記空気反応器は空気中の酸素と前記燃料反応器で還元された金属粒子を反応させて金属粒子を酸化し、窒素や残存酸素を放出し、
前記燃料反応器に前記固体燃料としてバイオマスと微粉炭の混合燃料を供給し、
前記空気反応器に前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムからの予熱空気を供給し、
前記サイクロンからの排ガスを前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの火炉へ導入し、
前記ケミカルルーピング燃焼装置で製造した蒸気を前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの蒸気タービンへ供給する構成になっていることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the third means of the present invention comprises:
A chemical looping combustion apparatus in which a cyclone is disposed between a fuel reactor and an air reactor, and the fuel reactor, the cyclone and the air reactor are connected in a loop so that metal particles circulate and flow, is an air combustion type. In addition to the pulverized coal combustion boiler power generation system,
The fuel reactor reacts the solid fuel with the metal particles oxidized in the air reactor to reduce the metal particles, thereby generating CO 2 and H 2 O.
The air reactor reacts oxygen in the air with metal particles reduced by the fuel reactor to oxidize the metal particles, releasing nitrogen and residual oxygen,
Supplying a mixed fuel of biomass and pulverized coal as the solid fuel to the fuel reactor;
Supplying preheated air from the pulverized coal combustion boiler power generation system to the air reactor;
Introducing the exhaust gas from the cyclone into the furnace of the pulverized coal combustion boiler power generation system,
The steam produced by the chemical looping combustion apparatus is configured to be supplied to the steam turbine of the pulverized coal combustion boiler power generation system.
本発明は前述のような構成になっており、バイオマス使用のケミカルルーピング燃焼装置を併設することで、バイオマスによる既存微粉炭燃焼ボイラの腐食や灰付着による伝熱阻害等を防止することが可能である。 The present invention is configured as described above, and by installing a chemical looping combustion device using biomass, it is possible to prevent corrosion of existing pulverized coal combustion boilers due to biomass, heat transfer inhibition due to ash adhesion, etc. is there.
本発明は、バイオマス使用のケミカルルーピング燃焼装置を併設することで、バイオマスによる既存微粉炭燃焼ボイラの腐食や灰付着による伝熱阻害等を防止することが可能である。 According to the present invention, it is possible to prevent corrosion of an existing pulverized coal combustion boiler due to biomass, heat transfer inhibition due to ash adhesion, and the like by providing a chemical looping combustion device using biomass.
既設の微粉炭燃焼ボイラとその排ガス処理装置およびボイラ用水処理設備が利用できるため、追設ケミカルルーピング燃焼装置の設備コストが低減できる。さらにケミカルルーピング燃焼装置で発生する蒸気は既設蒸気タービンでの発電が可能である。 Since the existing pulverized coal combustion boiler, its exhaust gas treatment device, and boiler water treatment equipment can be used, the equipment cost of the additional chemical looping combustion device can be reduced. Furthermore, the steam generated by the chemical looping combustion device can be generated by an existing steam turbine.
既設微粉炭燃焼ボイラとケミカルルーピング燃焼装置とを同時に運転し、CO2排出量の部分削減が可能である。全体のCO2回収率は微粉炭燃焼ボイラとケミカルルーピング燃焼装置のバイオマス燃料の分担割合によって決まるが、発電システムの負荷変動に対し自由度が高いといった利点がある。 The existing pulverized coal combustion boiler and chemical looping combustion device can be operated simultaneously to reduce CO 2 emissions. The overall CO 2 recovery rate is determined by the share of biomass fuel between the pulverized coal combustion boiler and the chemical looping combustion device, but has the advantage of a high degree of freedom with respect to load fluctuations in the power generation system.
ケミカルルーピング燃焼装置と微粉炭燃焼ボイラを同時に運転した場合、微粉炭燃料を分割供給した微粉炭燃焼ボイラからの蒸気発生量は燃料の分割に比例して減少するが、同時運転したケミカルルーピング燃焼装置から発生した蒸気を既設蒸気タービンへ供給するため、微粉炭燃焼ボイラ発電システムを単独で運転したときと得られる蒸気量はほとんど変わらない。すなわち、トータルの燃料から得られる蒸気量は、単独運転でも併用運転でもほとんど変わらない。従ってCO2回収における、エネルギー損失はほとんど無いことになる。 When a chemical looping combustion device and a pulverized coal combustion boiler are operated at the same time, the amount of steam generated from the pulverized coal combustion boiler to which the pulverized coal fuel is dividedly supplied decreases in proportion to the division of the fuel. Since the steam generated from is supplied to the existing steam turbine, the amount of steam obtained is almost the same as when the pulverized coal combustion boiler power generation system is operated alone. That is, the amount of steam obtained from the total fuel is almost the same regardless of whether it is operated independently or in combination. Therefore, there is almost no energy loss in CO 2 capture.
次に本発明の各実施例を図面とともに説明する。 Next, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施例１に係る既存微粉炭燃焼ボイラに併設したバイオマス専焼用ケミカルルーピング燃焼(CLC)装置の概略系統図である。 FIG. 1 is a schematic system diagram of a chemical looping combustion (CLC) device for exclusive combustion of biomass provided in the existing pulverized coal combustion boiler according to Embodiment 1 of the present invention.
同図の左下部分に示したバイオマス専焼用ケミカルルーピング燃焼(CLC)システムの系統は、空気反応器１、燃料反応器２、空気反応器１の後流側に配置されたサイクロン１１、CLC-微粉炭燃焼ボイラ連結管１４、燃料反応器２の後流側に配置されたサイクロン１２、熱交換器１３、除塵器１４、脱液／脱水器１７、CO2液化装置１８、バイオマス専用のバンカ５１、バイオマス専用のミル５２、燃料供給管１９などを備え、図１に示すような接続関係になっている。 The system of the chemical looping combustion (CLC) system for exclusive combustion of biomass shown in the lower left part of the figure is the air reactor 1, the fuel reactor 2, the cyclone 11 arranged on the downstream side of the air reactor 1, and the CLC-fine powder. A charcoal-fired boiler connection pipe 14, a cyclone 12 disposed on the downstream side of the fuel reactor 2, a heat exchanger 13, a dust remover 14, a dewatering / dehydrator 17, a CO 2 liquefaction device 18, a bunker 51 dedicated to biomass, A biomass-dedicated mill 52, a fuel supply pipe 19 and the like are provided, and the connection relationship is as shown in FIG.
CLCは、空気反応器１−サイクロン１１−燃料反応器２−空気反応器１の間は、金属粒子４、５が循環できるよう、ループ状に接続されている。 The CLC is connected in a loop between the air reactor 1, the cyclone 11, the fuel reactor 2, and the air reactor 1 so that the metal particles 4 and 5 can circulate.
バイオマス燃料５５は、バイオマスバンカ５１ならびにバイオマス専用ミル５２を経て、燃料供給管１９内を通って燃料反応器２に供給される。ミル５２では燃料(バイオマス)搬送ガス５３にCO2ガスを使用する。なお、バイオマス燃料５５は、ペレット状に成形されたものや、チップ状に裁断されたものとして提供されることが多いが、燃料反応器２は、内部で流動層もしくは移動層を形成する方式となっているため、バイオマス専用ミル５２を設けることなく、提供されたペレット状やチップ状のバイオマスを、直接、燃料反応器２に供給することも可能である。 The biomass fuel 55 is supplied to the fuel reactor 2 through the fuel supply pipe 19 through the biomass bunker 51 and the biomass exclusive mill 52. The mill 52 uses CO 2 gas as the fuel (biomass) carrier gas 53. The biomass fuel 55 is often provided as pellets or chips, but the fuel reactor 2 has a system in which a fluidized bed or a moving bed is formed inside. Therefore, it is also possible to supply the provided pellet-shaped or chip-shaped biomass directly to the fuel reactor 2 without providing the biomass dedicated mill 52.
図２は、ケミカルルーピング燃焼の原理を説明するための模式図である。同図に示すように、燃料反応器２では固体燃料７（本実施例ではバイオマス燃料５５）が金属粒子４（MeO）と反応し、CO2とH2O（水蒸気）が生成する。還元された金属粒子５（Me）５は、搬送ガス２６に同伴されて、空気反応器１へ移送される。 FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the principle of chemical looping combustion. As shown in the figure, in the fuel reactor 2, the solid fuel 7 (biomass fuel 55 in this embodiment) reacts with the metal particles 4 (MeO) to generate CO 2 and H 2 O (water vapor). The reduced metal particles 5 (Me) 5 are transferred to the air reactor 1 along with the carrier gas 26.
空気反応器１には、同図の右上部分に示した微粉炭燃焼ボイラ発電システムの２次空気４７のダクトに連結した予熱空気供給管２０から高温の予熱空気６を供給する。空気反応器１の内部では予熱空気６と金属粒子(Me)５が反応して、酸化した金属粒子(MeO)４を生成する。金属粒子（MeO）４は排気ガス(N2、残留O2、飛灰など)８と共にサイクロン１１に移動され、比重差により固体の金属粒子(MeO)４と気体の排気ガス８に分離される。空気反応器１内では酸化反応による発熱で、排気ガス８のガス温度は約1000℃に達する。 High-temperature preheated air 6 is supplied to the air reactor 1 from a preheated air supply pipe 20 connected to the duct of the secondary air 47 of the pulverized coal combustion boiler power generation system shown in the upper right part of FIG. Inside the air reactor 1, preheated air 6 and metal particles (Me) 5 react to generate oxidized metal particles (MeO) 4. The metal particles (MeO) 4 are moved to the cyclone 11 together with exhaust gas (N 2 , residual O 2 , fly ash, etc.) 8 and separated into solid metal particles (MeO) 4 and gaseous exhaust gas 8 due to the difference in specific gravity. . In the air reactor 1, the temperature of the exhaust gas 8 reaches about 1000 ° C. due to heat generated by the oxidation reaction.
排気ガス８は、CLC-微粉炭燃焼ボイラ連結管１４を介して火炉３６内に導入される。そして微粉炭燃焼ガス４９と混合され、ボイラの高温過熱器４０、高温再熱器４１、低温過熱器４２、低温再熱器４３、節炭器４４などで熱回収して、それによって生成した蒸気が蒸気タービン（図示せず）に送られて発電に利用される。 The exhaust gas 8 is introduced into the furnace 36 through the CLC-pulverized coal combustion boiler connecting pipe 14. Steam mixed with the pulverized coal combustion gas 49 and recovered by heat in the boiler high-temperature superheater 40, high-temperature reheater 41, low-temperature superheater 42, low-temperature reheater 43, economizer 44, etc. Is sent to a steam turbine (not shown) and used for power generation.
排気ガス８には腐食因子である揮発したアルカリ金属類は含まれないため、高温過熱器４０、高温再熱器４１、低温過熱器４２、低温再熱器４３、節炭器４４等の熱回収部は腐食されない。 Since the exhaust gas 8 does not contain volatilized alkali metals that are corrosive factors, the heat recovery of the high temperature superheater 40, the high temperature reheater 41, the low temperature superheater 42, the low temperature reheater 43, the economizer 44, etc. Parts are not corroded.
金属粒子(MeO)４は、重力でサイクロン１１の下部に落下しループシール２１を通過して、燃料反応器２に移動する。燃料反応器２の内部では、金属粒子(MeO)４を浮遊流動させながら金属粒子(MeO)４と燃料７が反応してCO2ガスとH2O(水蒸気)が生成する。また、金属粒子(MeO)４は揮発分１３との反応により還元されて金属粒子（Me）５となり、ループシール２５を通過して、空気反応器１に移動する。 The metal particles (MeO) 4 drop by gravity to the lower part of the cyclone 11, pass through the loop seal 21, and move to the fuel reactor 2. Inside the fuel reactor 2, the metal particles (MeO) 4 and the fuel 7 react with each other while floating and flowing the metal particles (MeO) 4 to generate CO 2 gas and H 2 O (water vapor). The metal particles (MeO) 4 are reduced by the reaction with the volatile matter 13 to become metal particles (Me) 5, pass through the loop seal 25, and move to the air reactor 1.
このようにCLC装置では、金属粒子４、５が燃料反応器２→空気反応器１→燃料反応器２→・・・を循環流動しながら固体燃料７と反応している。また、金属粒子４、５を搬送する配管に使用する搬送用流体には、系内で生成したCO2ガス及び/あるいはH2O(水蒸気)が利用される。 Thus, in the CLC apparatus, the metal particles 4 and 5 react with the solid fuel 7 while circulating and flowing through the fuel reactor 2 → the air reactor 1 → the fuel reactor 2 →. In addition, CO 2 gas and / or H 2 O (water vapor) generated in the system is used as a transport fluid used for piping for transporting the metal particles 4 and 5.
燃料反応器２から生成したCO2ガス９とH2O(水蒸気)１０はサイクロン１２を介し、熱交換器１３に送られて冷却される。熱交換器１３で得られた蒸気は図示しない微粉炭燃焼ボイラ発電の蒸気タービン発電や補助蒸気に使用される。冷却されたCO2ガス９とH2O(水蒸気)１０は除塵器１６、脱液／脱水器１７で浄化され、CO2液化装置１８でCO2ガス９の圧縮液化が行われ、液化したCO2はCO2貯留装置（図示せず）に貯留される。 The CO 2 gas 9 and H 2 O (water vapor) 10 generated from the fuel reactor 2 are sent to the heat exchanger 13 via the cyclone 12 and cooled. The steam obtained by the heat exchanger 13 is used for steam turbine power generation or auxiliary steam of pulverized coal combustion boiler power generation (not shown). The cooled CO 2 gas 9 and H 2 O (water vapor) 10 are purified by a dust remover 16 and a dehydrator / dehydrator 17, and the CO 2 gas 9 is compressed and liquefied by a CO 2 liquefier 18, and liquefied CO 2 is stored in a CO 2 storage device (not shown).
燃料反応器２から生成したガスには腐食因子であるアルカリ金属類が含まれるが、熱交換器１３で凝縮するため、後流のCO2中にはアルカリ金属類は含まれない。熱交換器１３はアルカリ金属類による腐食の可能性があるが、高Cr鋼などの耐腐食性材料の使用やスートブローにより腐食を抑制する。また、熱交換器１３が腐食により一定量の減肉が認められた場合、交換し易くなるよう、ユニット式を採用するのが望ましい。 The gas generated from the fuel reactor 2 contains alkali metals that are corrosive factors, but is condensed in the heat exchanger 13, so that no alkali metals are contained in the downstream CO 2 . The heat exchanger 13 may be corroded by alkali metals, but the corrosion is suppressed by using a corrosion resistant material such as high Cr steel or soot blow. In addition, when the heat exchanger 13 shows a certain amount of thinning due to corrosion, it is desirable to adopt a unit type so that it can be easily replaced.
熱交換器１３では、発生した蒸気１５を燃料反応器２に導入し、ガス化剤及び金属粒子５の流動化ガスとして利用する。 In the heat exchanger 13, the generated steam 15 is introduced into the fuel reactor 2 and used as a gasifying agent and a fluidizing gas for the metal particles 5.
前記の空気反応器１では予熱空気６と金属粒子５が酸化反応し、発熱する。発生した熱は空気反応器１の水冷壁７で熱交換し、生成した蒸気は微粉炭燃焼ボイラの蒸気タービン（図示せず）に供給して発電に利用する。 In the air reactor 1, the preheated air 6 and the metal particles 5 undergo an oxidation reaction to generate heat. The generated heat is heat-exchanged by the water cooling wall 7 of the air reactor 1, and the generated steam is supplied to a steam turbine (not shown) of a pulverized coal combustion boiler and used for power generation.
金属粒子(MeO)４としては、例えばニッケル(Ni)、鉄(Fe)、銅(Cu)、カルシウム(Ca)などの酸化物が使用される。特に酸化鉄は無公害で安価なためCLCに好適である。金属粒子(MeO)４としては、酸化鉄を使用した場合の、還元/酸化反応式を下記に示す。 As the metal particles (MeO) 4, for example, oxides such as nickel (Ni), iron (Fe), copper (Cu), calcium (Ca) are used. In particular, iron oxide is suitable for CLC because it is pollution-free and inexpensive. As the metal particles (MeO) 4, the reduction / oxidation reaction formula when iron oxide is used is shown below.
還元反応：バイオマス+ 6Fe2O3 ⇒ 4Fe3O4 + CO2−吸熱 （３）
酸化反応：4Fe3O4 + O2(空気) ⇒ 6Fe2O3 + 発熱 （４）
金属粒子(MeO)４として酸化鉄を使用した場合、金属粒子(MeO)４はFe2O3、金属粒子(Me)５はFe3O4に相当する。そして空気反応器１では前記式(４)に示すFe3O4と空気の酸化反応が生じ、燃料反応器２では、前記式（３）に示すFe2O3の還元反応が生じる。
次に空気反応器１ならびに燃料反応器２の機器寸法について説明する。
空気反応器１は導入した金属粒子(Me)５を空気６により上昇させるため、空気６の空塔速度が金属粒子(Me)５の終末速度よりも速くなるように空気反応器１の断面積を設計する。
Reduction reaction: biomass + 6Fe 2 O 3 ⇒ 4Fe 3 O 4 + CO 2 -endothermic (3)
Oxidation reaction: 4Fe 3 O 4 + O 2 (air) ⇒ 6Fe 2 O 3 + heat generation (4)
When iron oxide is used as the metal particles (MeO) 4, the metal particles (MeO) 4 correspond to Fe 2 O 3 and the metal particles (Me) 5 correspond to Fe 3 O 4 . In the air reactor 1, an oxidation reaction between Fe 3 O 4 and air shown in the above formula (4) occurs, and in the fuel reactor 2, a reduction reaction of Fe 2 O 3 shown in the above formula (3) occurs.
Next, the apparatus dimensions of the air reactor 1 and the fuel reactor 2 will be described.
Since the air reactor 1 raises the introduced metal particles (Me) 5 by the air 6, the cross-sectional area of the air reactor 1 is set so that the superficial velocity of the air 6 is higher than the terminal velocity of the metal particles (Me) 5. To design.
燃料反応器２は金属粒子(MeO)４を蒸気１５のガス量により流動化させるため、空塔速度が流動化開始速度よりも速くなるように燃料反応器２の断面積を設計する。 Since the fuel reactor 2 fluidizes the metal particles (MeO) 4 by the amount of the vapor 15, the cross-sectional area of the fuel reactor 2 is designed so that the superficial velocity is higher than the fluidization start velocity.
また、各反応器の温度は高温ほど反応速度が速くなるものの、1100℃以上では灰が溶融し、冷却時に固化して、閉塞する可能性があるため、各反応器の上限温度は1000℃付近が望ましい。 In addition, although the reaction rate increases as the temperature of each reactor increases, the ash melts at 1100 ° C or higher, and solidifies during cooling and may become clogged, so the upper limit temperature of each reactor is around 1000 ° C Is desirable.
次に本発明に係るケミカルループ燃焼装置を備えた微粉炭燃焼ボイラ発電システムの作用について述べる。 Next, the operation of the pulverized coal combustion boiler power generation system provided with the chemical loop combustion apparatus according to the present invention will be described.
既存微粉炭燃焼ボイラ発電では、地球温暖化の要因であるCO2を大量に排出しているため、CCS技術の採用が急がれている。前述のように、先行CCS技術としては、化学吸収法や酸素燃焼法が開発されているが、エネルギー損失が大きく、発電効率の大幅な低下を招くという欠点がある。これに対し、CLCを適用すれば、排ガス中のCO2分離回収装置、空気分離酸素製造装置が不要となり、より高効率な火力発電システムを構築できると期待されている。 The existing pulverized coal fired boiler power generation emits a large amount of CO 2 , which is a cause of global warming, so the adoption of CCS technology is urgently needed. As described above, chemical absorption methods and oxyfuel combustion methods have been developed as the prior CCS technology, but there are disadvantages in that energy loss is large and power generation efficiency is greatly reduced. On the other hand, if CLC is applied, it is expected that a CO 2 separation and recovery device in exhaust gas and an air separation oxygen production device are not required, and a more efficient thermal power generation system can be constructed.
本発明は、バイオマス使用のケミカルルーピング燃焼装置を併設することで、バイオマスによる既存微粉炭燃焼ボイラの腐食や灰付着による伝熱阻害等を防止することが可能である。 According to the present invention, it is possible to prevent corrosion of an existing pulverized coal combustion boiler due to biomass, heat transfer inhibition due to ash adhesion, and the like by providing a chemical looping combustion device using biomass.
また、CLCから発生する蒸気や高温排ガスを微粉炭燃焼ボイラシステムに戻すため、 微粉炭燃焼ボイラシステムが混燃運転したときと得られる蒸気量はほとんど変わらない。すなわちCO2回収してもほとんどエネルギー損失が伴わないメリットがある。 In addition, since the steam and high-temperature exhaust gas generated from CLC are returned to the pulverized coal combustion boiler system, the amount of steam obtained is almost the same as when the pulverized coal combustion boiler system is mixed-fueled. In other words, there is a merit that there is almost no energy loss even if CO 2 is recovered.
また、図７の従来技術に示した熱回収装置６４、除塵器６５、排気塔６６、固形燃料バンカ６１、ミル６２ には既存の微粉炭燃焼ボイラの設備を利用することで新設が不要になり、設備コストを大幅に抑制できる。 Further, the heat recovery device 64, the dust remover 65, the exhaust tower 66, the solid fuel bunker 61, and the mill 62 shown in the prior art of FIG. 7 are not required to be newly installed by using the existing pulverized coal combustion boiler equipment. Equipment costs can be greatly reduced.
既存の大型微粉炭燃焼ボイラ発電システムにCLCを併設することで、安価にCLC装置を設置でき、CO2排出抑制に貢献できる。
CLCは無害な固体粒子を用いるため、化学吸収法で用いる薬剤による人体や環境へ負荷を防止できる効果がある。
酸素燃焼法では対応できない部分CO2回収がCLCを同時運転することで対応可能である。
By installing CLC in the existing large pulverized coal combustion boiler power generation system, it is possible to install CLC equipment at low cost and contribute to CO 2 emission control.
Since CLC uses harmless solid particles, it has the effect of preventing the load on the human body and the environment caused by chemicals used in the chemical absorption method.
Partial CO 2 recovery that cannot be handled by the oxyfuel combustion method can be handled by operating the CLC at the same time.
本発明によれば、CLC装置をバイオマス用に使用し、既存の微粉炭燃焼ボイラ発電システムと同時運転すれば、低コストでバイオマス燃焼が可能となる。同時にCO2削減を達成できる。 According to the present invention, if a CLC device is used for biomass and is operated simultaneously with an existing pulverized coal combustion boiler power generation system, biomass combustion becomes possible at low cost. At the same time, CO 2 reduction can be achieved.
図１において符号１４，２２は搬送ガス、２５，５０はループシール、２７はブロア、２８，２９は弁、３０は石炭バンカ、３２は既存ミル、３３は１次空気ライン、３４は微粉炭ライン、３７は水冷壁、３８は水、３９は蒸気、４５は脱硝装置、４６はエアヒ―タ、４８は空気、４９は燃焼排ガスである。
1, reference numerals 14 and 22 are carrier gases, 25 and 50 are loop seals, 27 is a blower, 28 and 29 are valves, 30 is a coal bunker, 32 is an existing mill, 33 is a primary air line, and 34 is a pulverized coal line. 37 is a water cooling wall, 38 is water, 39 is steam, 45 is a denitration device, 46 is an air heater, 48 is air, and 49 is combustion exhaust gas.
本発明のCLC装置において微粉炭と金属粒子の反応性を向上させるため、図３に示すように、燃料反応器２を分割し、燃料反応器２と揮発分反応器３の２塔に分けて、空気反応器１と合わせて３塔式CLC装置（特許文献１参照）も本発明に使用可能である。 In order to improve the reactivity of pulverized coal and metal particles in the CLC apparatus of the present invention, the fuel reactor 2 is divided into two towers, a fuel reactor 2 and a volatile content reactor 3, as shown in FIG. In addition to the air reactor 1, a three-column CLC apparatus (see Patent Document 1) can also be used in the present invention.
この３塔式CLC装置の性能が向上する理由は、石炭を熱分解したときに発生する揮発分がチャーのガス化反応の阻害要因であるが、その揮発分を分離したことでチャーのガス化反応を効率よく進行できるためである。 The reason why the performance of this three-column CLC system is improved is that the volatile matter generated when pyrolyzing coal is an obstacle to the gasification reaction of char. This is because the reaction can proceed efficiently.
図４は、本発明の実施例２に係る既存微粉炭燃焼ボイラに併設した３塔式のバイオマス専焼用ケミカルルーピング燃焼(CLC)装置の概略系統図である。 FIG. 4 is a schematic system diagram of a three-column type chemical looping combustion (CLC) apparatus for exclusive combustion of biomass provided in the existing pulverized coal combustion boiler according to Embodiment 2 of the present invention.
図１との差異は、揮発分反応器３が加わったことである。３塔式CLC装置は、空気反応器１−サイクロン１１−揮発分反応器３−燃料反応器２−空気反応器１の間は、金属粒子４、５が循環できるよう、エンドレス状に接続されている。 The difference from FIG. 1 is that a volatile reactor 3 is added. The three-column CLC apparatus is connected endlessly between the air reactor 1, the cyclone 11, the volatile content reactor 3, the fuel reactor 2, and the air reactor 1 so that the metal particles 4 and 5 can circulate. Yes.
３塔式CLCでは燃料反応器２内でのチャー滞留時間を確保するために、燃料反応器２内は移動層としてある。移動層とは、金属粒子が連続的に供給され、砂時計の如く、金属粒子が充填されたままゆっくりと下方へ移動し、ガス化剤(蒸気)１５は粒子の隙間を流れて上方へ移動し、チャーはその移動層内でゆっくりとガス化反応する。移動層は気泡流動層のようにガス流速が速くないため、チャーが飛散して、燃料反応器２の内面に固着するようなことは無い。 In the three-column CLC, in order to ensure the char residence time in the fuel reactor 2, the fuel reactor 2 has a moving bed. The moving layer is continuously supplied with metal particles, and slowly moves downward while being filled with metal particles like an hourglass, and the gasifying agent (steam) 15 flows upward through the gaps between the particles. , Char slowly gasifies in its moving bed. Since the moving bed does not have a high gas flow rate unlike the bubble fluidized bed, the char does not scatter and stick to the inner surface of the fuel reactor 2.
一方、揮発分反応器３は流動層とし、流動化ガスとして燃料反応器２から発生した揮発分５７を利用することで、揮発分５７と酸素キャリアである金属粒子(MeO)４の接触を良好に行い、反応性を高める効果がある。 On the other hand, the volatile content reactor 3 is a fluidized bed, and the volatile content 57 generated from the fuel reactor 2 is used as the fluidizing gas, so that the contact between the volatile content 57 and the metal particles (MeO) 4 as the oxygen carrier is good. To increase the reactivity.
揮発分５７の主成分はCH4とCOとH2であり、揮発分反応器３では揮発分５７と金属粒子(MeO)４であるFe2O3の間で下記の反応が生じる。 The main components of the volatile component 57 are CH 4 , CO, and H 2 , and in the volatile component reactor 3, the following reaction occurs between the volatile component 57 and Fe 2 O 3 that is metal particles (MeO) 4.
CH4+6Fe2O3 ⇒ CO +H2O+4Fe3O4 （５）
CO+3Fe2O3 ⇒ CO2+2Fe3O4 （６）
H2+3Fe2O3 ⇒ H2O+2Fe3O4 （７）
次に３塔式CLC装置の空気反応器１、燃料反応器２ならびに揮発分反応器３の機器寸法について説明する。
空気反応器１は導入した金属粒子(Me)５を空気６により上昇させるため、空気６の空塔速度が金属粒子(Me)５の終末速度よりも速くなるように空気反応器１の断面積を設計する。
CH 4 + 6Fe 2 O 3 ⇒ CO + H 2 O + 4Fe 3 O 4 (5)
CO + 3Fe 2 O 3 ⇒ CO 2 + 2Fe 3 O 4 (6)
H 2 + 3Fe 2 O 3 ⇒ H 2 O + 2Fe 3 O 4 (7)
Next, the apparatus dimensions of the air reactor 1, the fuel reactor 2 and the volatile content reactor 3 of the three-column CLC apparatus will be described.
Since the air reactor 1 raises the introduced metal particles (Me) 5 by the air 6, the cross-sectional area of the air reactor 1 is set so that the superficial velocity of the air 6 is higher than the terminal velocity of the metal particles (Me) 5. To design.
燃料反応器２は金属粒子４、５が移動層を形成するため、ガス化剤１５の流速は、金属粒子４、５の流動化開始速度より遅くなるように燃料反応器２の断面積を設計する。 In the fuel reactor 2, since the metal particles 4 and 5 form a moving bed, the cross-sectional area of the fuel reactor 2 is designed so that the flow rate of the gasifying agent 15 is slower than the fluidization start speed of the metal particles 4 and 5. To do.
揮発分反応器３は金属粒子(MeO)４を揮発分５７のガス量により流動化させるため、揮発分５７の空塔速度が流動化開始速度よりも速くなるように揮発分反応器３の断面積を設計する。この３塔式CLC装置を用いた場合、固体燃料(バイオマス)と金属粒子の反応性の向上が図れる。 Since the volatile reactor 3 fluidizes the metal particles (MeO) 4 by the amount of gas of the volatile component 57, the volatile reactor 3 is disconnected so that the superficial velocity of the volatile component 57 is higher than the fluidization start rate. Design the area. When this three-column CLC apparatus is used, the reactivity of solid fuel (biomass) and metal particles can be improved.
本発明では、バイオマス専用供給系をCLC装置に設置することで、既存の微粉炭燃焼ボイラをバイオマス・微粉炭の混焼装置に改造する必要がなく、費用を抑制できる。またCLCをバイオマス専焼で運用するため、既存の微粉炭燃焼ボイラは、バイオマス燃焼による腐食や伝熱阻害および燃焼率低下などの課題を回避できる。
In the present invention, by installing the biomass dedicated supply system in the CLC device, it is not necessary to remodel an existing pulverized coal combustion boiler into a biomass / pulverized coal co-firing device, and costs can be reduced. In addition, because CLC is operated exclusively for biomass, existing pulverized coal combustion boilers can avoid problems such as corrosion, heat transfer inhibition, and combustion rate reduction due to biomass combustion.
図５は、本発明の実施例３に係るケミカルルーピング燃焼装置の具体例を示す概略系統図である。CLCは、空気反応器１、燃料反応器２、空気反応器１の後流側に配置されたサイクロン１１、CLC-微粉炭燃焼ボイラ連結管１４、燃料反応器２の後流側に配置されたサイクロン１２、熱交換器１３、除塵器１４、脱液／脱水器１７、CO2液化装置１８、微粉炭燃焼ボイラからの燃料供給管１９と予熱空気管２０などを備え、図５に示すような接続関係になっている。 FIG. 5 is a schematic system diagram showing a specific example of the chemical looping combustion apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The CLC is disposed on the downstream side of the air reactor 1, the fuel reactor 2, the cyclone 11 disposed on the downstream side of the air reactor 1, the CLC-pulverized coal combustion boiler connection pipe 14, and the downstream side of the fuel reactor 2. A cyclone 12, a heat exchanger 13, a dust remover 14, a dewatering / dehydrator 17, a CO 2 liquefaction device 18, a fuel supply pipe 19 from a pulverized coal combustion boiler, a preheating air pipe 20 and the like are provided, as shown in FIG. It is connected.
固体燃料(例えば石炭)７は、微粉炭燃焼ボイラの石炭バンカ３０ならびに既存ミル３１を経由して、分岐配管した燃料供給管１９内を通って燃料反応器２に供給される。既存ミル３１では微粉炭搬送ガスに空気を用いているため、CLC装置用にCO2ガスで搬送するよう改造する。 The solid fuel (for example, coal) 7 is supplied to the fuel reactor 2 through the branched fuel supply pipe 19 through the coal bunker 30 of the pulverized coal combustion boiler and the existing mill 31. Since the existing mill 31 uses air as the pulverized coal carrier gas, it will be modified to use CO 2 gas for the CLC equipment.
図１に示す実施例１との差異は、石炭専焼用CLCを設置したことである。
CLCで採用する気泡流動層や循環流動層では、使用可能な燃料種が多く、例えば褐炭など低価格な石炭種範囲が拡大し、発電コストの低下が可能である。
The difference from Example 1 shown in FIG. 1 is that a coal-fired CLC is installed.
In the bubbling fluidized bed and circulating fluidized bed used in CLC, many types of fuel can be used. For example, the range of low-priced coal types such as lignite can be expanded, and the power generation cost can be reduced.
また、CO2回収率は必ずしも100％回収である必要はなく、30％〜70％とする現実的な妥協案も考えられる。この場合、本実施例３のような既設微粉炭燃焼とCLCとの同時運転で対応可能である。全体のCO2回収率は微粉炭燃焼ボイラシステムとCLCの分担割合によって決まるが、燃料の分担比で制御可能であるため、発電システムの運用上の自由度が高いというメリットがある。 In addition, the CO 2 recovery rate does not necessarily need to be 100% recovery, and a realistic compromise of 30% to 70% is also conceivable. In this case, it is possible to cope with the simultaneous operation of existing pulverized coal combustion and CLC as in the third embodiment. The overall CO 2 recovery rate is determined by the share ratio between the pulverized coal combustion boiler system and the CLC, but it can be controlled by the fuel share ratio, so there is a merit that the degree of freedom in operation of the power generation system is high.
また、CLCから発生する蒸気や高温排ガスを微粉炭燃焼ボイラシステムに戻すため、 微粉炭燃焼ボイラシステムが単独運転したときと得られる蒸気量はほとんど変わらない。すなわちCO2回収してもほとんどエネルギー損失が伴わないメリットがある。
In addition, since steam generated from CLC and high-temperature exhaust gas are returned to the pulverized coal combustion boiler system, the amount of steam obtained is almost the same as when the pulverized coal combustion boiler system is operated alone. In other words, there is a merit that there is almost no energy loss even if CO 2 is recovered.
図６は、本発明の実施例４に係るケミカルルーピング燃焼装置を備えた微粉炭燃焼ボイラ発電システムの具体例を示す概略系統図である。図５に示す実施例３との差異は、CLC装置にバイオマス専用ミル５２と微粉炭専用ミル３１を設け、CLC装置の燃料にバイオマス・微粉混合物を使用した点である。 FIG. 6 is a schematic system diagram showing a specific example of a pulverized coal combustion boiler power generation system equipped with a chemical looping combustion apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. The difference from Example 3 shown in FIG. 5 is that a biomass dedicated mill 52 and a pulverized coal dedicated mill 31 are provided in the CLC device, and a biomass / fine powder mixture is used as fuel for the CLC device.
本実施例４による効果は、発熱量が少ないバイオマス燃料に微粉炭燃料を混合することで、定格の熱量を確保して安定した蒸気量を得ることができるなどの利点がある。
前記図５(実施例３)ならびに図６ (実施例４)では、２塔式のケミカルルーピング燃焼装置を使用した場合を示しているが、前述した３塔式のケミカルルーピング燃焼装置を用いることも可能である。
The effect of the fourth embodiment is advantageous in that, by mixing pulverized coal fuel with biomass fuel having a small calorific value, a rated amount of heat can be secured and a stable steam amount can be obtained.
5 (Embodiment 3) and FIG. 6 (Embodiment 4) show the case where a two-column chemical looping combustion apparatus is used, but the above-described three-column chemical looping combustion apparatus may be used. Is possible.
以上のように本発明は、ケミカルルーピング燃焼装置の実用化に重要な技術であり、CO2削減効果が大きく、将来性は高い。さらに、石炭以外では、安価なバイオマスや褐炭などの燃料へも適用でき、発電単価の低減に有効である。 As described above, the present invention is an important technique for practical use of a chemical looping combustion apparatus, has a large CO 2 reduction effect, and has high future potential. In addition to coal, it can also be applied to fuels such as inexpensive biomass and lignite, which is effective in reducing the unit price of power generation.
１：空気反応器
２：燃料反応器
３：揮発分反応器
４：金属粒子（MeO）
５：金属粒子（Me）
６：予熱空気
７：固体燃料(石炭)
８：排気ガス(N2、O2、飛灰)
１１：サイクロン（空気反応器後段）
１５：ガス化剤（蒸気）
１９：燃料供給管
３６：火炉
５１：バイオマスバンカ
５２：バイオマス用ミル
５３：燃料搬送用ガス
５４：バイオマス供給管
５５：バイオマス燃料
５６：バイオマス・微粉炭混合燃料
６０：予熱空気配管
1: Air reactor 2: Fuel reactor 3: Volatiles reactor 4: Metal particles (MeO)
5: Metal particles (Me)
6: Preheated air 7: Solid fuel (coal)
8: exhaust gas (N 2, O 2, fly ash)
11: Cyclone (after the air reactor)
15: Gasifying agent (steam)
19: Fuel supply pipe 36: Furnace 51: Biomass bunker 52: Biomass mill 53: Fuel transfer gas 54: Biomass supply pipe 55: Biomass fuel 56: Biomass / pulverized coal mixed fuel 60: Preheated air piping
Claims (3)
前記燃料反応器は固体燃料と前記空気反応器で酸化された金属粒子を反応させて金属粒子を還元し、ＣＯ ２ とＨ ２ Ｏを生成させ、
前記空気反応器は空気中の酸素と前記燃料反応器で還元された金属粒子を反応させて金属粒子を酸化し、窒素や残存酸素を放出し、
前記燃料反応器に前記固体燃料としてバイオマスを供給し、
前記空気反応器に前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムからの予熱空気を供給し、
前記サイクロンからの排ガスを前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの火炉へ導入し、
前記ケミカルルーピング燃焼装置で製造した蒸気を前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの蒸気タービンへ供給する
構成になっていることを特徴とするケミカルルーピング燃焼装置を備えた微粉炭燃焼ボイラ発電システム。 A chemical looping combustion apparatus in which a cyclone is disposed between a fuel reactor and an air reactor, and the fuel reactor, the cyclone and the air reactor are connected in a loop so that metal particles circulate and flow, is an air combustion type. In addition to the pulverized coal combustion boiler power generation system,
The fuel reactor reacts the solid fuel with the metal particles oxidized in the air reactor to reduce the metal particles, thereby generating CO 2 and H 2 O.
The air reactor reacts oxygen in the air with metal particles reduced by the fuel reactor to oxidize the metal particles, releasing nitrogen and residual oxygen,
Supplying biomass as the solid fuel to the fuel reactor;
Supplying preheated air from the pulverized coal combustion boiler power generation system to the air reactor;
Introducing the exhaust gas from the cyclone into the furnace of the pulverized coal combustion boiler power generation system,
A pulverized coal combustion boiler power generation system including a chemical looping combustion device configured to supply steam produced by the chemical looping combustion device to a steam turbine of the pulverized coal combustion boiler power generation system.
前記燃料反応器は固体燃料と前記空気反応器で酸化された金属粒子を反応させて金属粒子を還元し、ＣＯ ２ とＨ ２ Ｏを生成させ、
前記空気反応器は空気中の酸素と前記燃料反応器で還元された金属粒子を反応させて金属粒子を酸化し、窒素や残存酸素を放出し、
前記燃料反応器に前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの微粉炭ラインから前記固体燃料として微粉炭を供給し、
前記空気反応器に前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムからの予熱空気を供給し、
前記サイクロンからの排ガスを前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの火炉へ導入し、
前記ケミカルルーピング燃焼装置で製造した蒸気を前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの蒸気タービンへ供給する
構成になっていることを特徴とするケミカルルーピング燃焼装置を備えた微粉炭燃焼ボイラ発電システム。 A chemical looping combustion apparatus in which a cyclone is disposed between a fuel reactor and an air reactor, and the fuel reactor, the cyclone and the air reactor are connected in a loop so that metal particles circulate and flow, is an air combustion type. In addition to the pulverized coal combustion boiler power generation system,
The fuel reactor reacts the solid fuel with the metal particles oxidized in the air reactor to reduce the metal particles, thereby generating CO 2 and H 2 O.
The air reactor reacts oxygen in the air with metal particles reduced by the fuel reactor to oxidize the metal particles, releasing nitrogen and residual oxygen,
Supplying pulverized coal as the solid fuel from the pulverized coal line of the pulverized coal combustion boiler power generation system to the fuel reactor;
Supplying preheated air from the pulverized coal combustion boiler power generation system to the air reactor;
Introducing the exhaust gas from the cyclone into the furnace of the pulverized coal combustion boiler power generation system,
A pulverized coal combustion boiler power generation system including a chemical looping combustion device configured to supply steam produced by the chemical looping combustion device to a steam turbine of the pulverized coal combustion boiler power generation system.
前記燃料反応器は固体燃料と前記空気反応器で酸化された金属粒子を反応させて金属粒子を還元し、ＣＯ ２ とＨ ２ Ｏを生成させ、
前記空気反応器は空気中の酸素と前記燃料反応器で還元された金属粒子を反応させて金属粒子を酸化し、窒素や残存酸素を放出し、
前記燃料反応器に前記固体燃料としてバイオマスと微粉炭の混合燃料を供給し、
前記空気反応器に前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムからの予熱空気を供給し、
前記サイクロンからの排ガスを前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの火炉へ導入し、
前記ケミカルルーピング燃焼装置で製造した蒸気を前記微粉炭燃焼ボイラ発電システムの蒸気タービンへ供給する
構成になっていることを特徴とするケミカルルーピング燃焼装置を備えた微粉炭燃焼ボイラ発電システム。
A chemical looping combustion apparatus in which a cyclone is disposed between a fuel reactor and an air reactor, and the fuel reactor, the cyclone and the air reactor are connected in a loop so that metal particles circulate and flow, is an air combustion type. In addition to the pulverized coal combustion boiler power generation system,
The fuel reactor reacts the solid fuel with the metal particles oxidized in the air reactor to reduce the metal particles, thereby generating CO 2 and H 2 O.
The air reactor reacts oxygen in the air with metal particles reduced by the fuel reactor to oxidize the metal particles, releasing nitrogen and residual oxygen,
Supplying a mixed fuel of biomass and pulverized coal as the solid fuel to the fuel reactor;
Supplying preheated air from the pulverized coal combustion boiler power generation system to the air reactor;
Introducing the exhaust gas from the cyclone into the furnace of the pulverized coal combustion boiler power generation system,
A pulverized coal combustion boiler power generation system including a chemical looping combustion device configured to supply steam produced by the chemical looping combustion device to a steam turbine of the pulverized coal combustion boiler power generation system.
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